双馈机组风电场输出特性分析

一
６ — ６
式中， 下标 “” ｒ分 别表示定子侧 和转 ｓ 和“” 子侧 ；ｄ 、ｑ 分别代表直轴和交轴 。 …’ ” “ ２ － ３定子磁链定 向矢量控制系统 在定子磁链定 向矢量控制方法下 ， 通过定 子 电压 电流可 以计算 出有 功 Ｐ， 。由式 （ ） ， Ｑ ３ 得 到 的有功参 考值 Ｐ 、 与 Ｐ 、 。 Ｑ 。 的偏 差通 过 Ｑ Ｐ 调节得 到定 子 ｑ轴 和 ｄ轴 电流分量 的参 考 Ｉ 值。 本文将转子侧逆变器等效为受控 电压源 ， 其 参考电压为转子励磁参考 电压 ｑ 轴和 ｄ 轴分量 ｕ ｕ 经坐标变换得到转子励磁 电压三相参 考分量。
ｆ ＋Ｌ ｌ ｍ
＋ Ｉ 七 ｌ ☆
学院。 助理讲 师。
（） ５
一
一
“ －００ ６ Ｂ） 【 ．１７
－
】
ｒ
＝
００ １ Ａ一３／ ．０ ８ ） ３
１ ｝ 一 ｌ ｑ ） 七Ｌｌ ｑ
式 中， 为空气密度， 为风力机角速度 ， Ｐ ｔ ｏ Ｒ 为风轮半径 ， Ｔ 为输出机械转矩 ， ｐ ， ｃ（ 为能量 Ｂ 利用 系数 ， 一般为 ０ ～ ． 。 ． ０ ９ ４ ５ 由式 （ ） １可见 ， 在风速给定 的情况 下 ， 风能 获得的功率取决于功率 系数 ｃ， 。如果在任何风 速 下 ， 力机都能 在 ｃ 点运 行 ， 可增加 其 风 一 便 输 出功率 。 在任何风速下 ， 只要使得风能的叶尖 速 比为最佳 叶尖速 比 （ ＝ ， 可以维 持风 ｋ ｋ ）就 力机在 Ｃ 下运行 ， 一 因此 ， 在风速变化 时， 只要 调节风轮转速保持 叶尖速 比不变 ，就可以获得 最佳 的功率系数。
科
科 技 论坛 ｌＩ ｌ
双馈机 组 风 电场 输 出特 性 分析
王 春 玉 ’ 孙 洪 伟
（、 尔滨 市 电业局 送 电 工 区 ， １哈 黑龙 江 哈 尔 滨 １０ ４ ２ 哈 尔滨 电 力职 业 技 术 学 院 ， 龙 江 哈 尔滨 １０ ３ ） ５ ００ 、 黑 ５ ０ ０
摘 要： 以变速恒频风 力发 电系统 为研 究对 象， 依据发 电机数 学模 型和 交流电机 矢量 变换控制wk.baidu.com原理 ， 设计 了交流励磁 变速恒频（ Ｓ Ｆ 发 电机 ＶＣ ） 定子磁链 定向的矢量 变换控制 系统 ， 对转子侧 变换 器建立外环 定功 率控制 内环定电流控制 的双 闭环控 制结构， 实现双馈 发电机 定子有功 Ｐ和无功 Ｑ的解耦控制 ， 而获得最大风能捕 获的高效发 电运行。 从 关键词 ： 风电场； Ｉ 矢量变换控制 ； ＤＦＧ； 最大风能捕捉
＝
等 一
㈥
，
＝
０５ ．
， ）￣ Ａｐ ｒ
＼ Ｒ ｑ ｓ ｕ ｒ＋ ～ ｌ ｒ
（） １
一 一
＋ ｒ ｄ ｑｍ ｜
＝
、
／ ｗ ２ ｒ Ｒ ７ｎ ｒ
６
电业 局 送 电 工 区 ， 工程 师 。 孙 洪伟 （９ １ ）女 ， 尔滨 电 力职 业技 术 １８ ～ ， 哈
１概 述 ３Ｄ Ｉ ＦＧ组成的风电场输 出特性仿真分析 在 ＰＣ ＤＥ Ｄ Ｓ Ａ ／ＭＴ Ｃ仿真环境 下 ， 以渐变 风 风力发 电以其清洁 、 可再生 、 技术成熟 、 风 力资源丰富等得 天优厚 的优势 ，日 益受 到人 们 和阵风为例 ， 由 ５台单机容量为 ２ Ｖ 对 Ｍ Ａ双馈 １： Ｐ 生生 土 ： 生堡 的重视 ， 并得到许 多国家能源政策的支持 。 近年 感应 电机（ ＦＧ 组 成 的风电场并 网前后 的运 ＤＩ） 采用风力机的参数如下 ： 来， 随着电力发 电技术 的发展 ， 双馈风电机组 已 式中 ， ， 分别为发 电机定 子输 出功 行特性进行仿真分析 ， Ｐ， 逐步成为兆瓦级风力发电机组的主流机 型。双 率 、 铜耗、 铁耗 ； 为发 电机 电磁功率 ； ，ｍ Ｐ Ｐ ， 风力机 ： 风轮半径 Ｒ ３ ． 最佳 叶尖 速 比 ＝ ６ ｍ， ４ ｏｔ １．５ ＝ ．５ｇｍ ；额定风速 馈风电机组与定速风 电机组相 比有显著 的优越 分别为发电机输入机械功率 ，机械损耗和吸收 ｋｐ＝ ０３ ，空气密度 ｐ １２ｋ ／ ３／ 。Ｄ Ｉ ： ＭＶ 定 性： 低风速时 它能够根据风速变化， 在运行 中保 的净机械功率 ； ｒ ｒ Ｐ， Ｐ 为发 电机转子功率和转子 １ｍ ｓ ＦＧ 额定 功率 ２ Ａ， 子绕组 电阻 持最佳 叶尖速 比以获得最大风能；高风速时利 Ｏ 转子 电阻 ＝ ．１ｐ ， ， ００ ９ ｕ 定子 和转子 漏抗 在式 （ ） 令 Ｐ Ｐ＝ ｃ ， ２ 中， ￣＝ ．ｋ ｓ从而有 ： ｏ ｔ ． ７ ｕｔ ．９ｐ ， 激 磁 电 抗 ＝ ＝０２ ｐ ， ＝０ ５ ｕ ５ ２ 用风轮转速 的变化 ， 存储或释放部分能量 ， 提高 ６９ ｐ 。 ．２ ｕ 传动系统 的柔性 ， 使功率输 出更加平稳。 双 馈风 电机 组 由绕线 转子异 步发 电机 和 风 电场 在 ｔ０８ ＝． ｓ时刻并 网 ， 发电机 Ａ相电 ＋ ＋ 压 的相位一致 ， 误差很 小 ， 频率 满足± ．Ｈ Ｏ２ Ｚ误 在转子 电路上带交流励磁 变频器组成 。发电机 向电网输 出的功率由直接从定子输出的功率和 在变速发电运行 中， 通过检测转子角速度 差范围 ， 满足并 网条件 。 在发 电机 由亚 同步向超 通 过变频器从转子输出的功率两部分组成。交 按照式 （ ） ３ 计算 出 Ｐ 作 为发 电机 的有功 参 同步运行状态 ， 电场 出口电压产生轻微 的波 ， 风 ｒ 实现最大风能的追踪和捕获。 ｆ 动； 有功功率可以快速 的跟踪参考值的变化 ， 无 直交双 Ｐ ＷＭ变换 器以其 良好 的传输 特性 、 功 考值 Ｐｅ， 率 因素高 、 网侧电流谐波小 、 能量双向流动等特 ２ ＦＧ的数学模型及等值 电路 ． ＤＩ ２ 功功率不受有功 的影响 ，实现 了有 功无功 的解 点而受到广泛关 注。 双馈电机定转子均为三相对称绕组 ， 均 耦控制 ； 它 定子 电流也能较好的跟随有 功功率 而 本 文在 Ｐ Ｃ ／ＭＴ Ｃ仿 真环 境 下实 现 匀分布在 电机 圆周 内， 隙均匀 ， Ｓ ＡＤＥ Ｄ 气 电路 、 磁路呈 变化 ，随着最大风能的跟踪控制对有 功参考值 在整个过程中频率基本保持不变 ， 实 了风电场并网运行 系统的 电磁暂态仿 真 ，分析 对称分布。作如下假定 ：． ａ 只考虑定转子电流 的 进行调 节； Ｉ 由Ｄ Ｉ ＦＧ组成 的风 电场的运行特性 ，研究风 电 基波分量 ， 忽略谐波分量 Ｉ． ｂ 只考虑转子空 间磁 现 ＤＦＧ的变速恒频运行 。 场接人电网后由于风速的波动对电网的电压稳 动势基波分量 ； 忽 略磁滞损耗 和铁耗 ；． ｃ ． ｄ 变频 ４结论 在分析风力机运行特性 、最 大风能追踪 、 定性及电压质量 的影响 ，仿真结果验证 了数学 电源可 为转子提供能满足幅值 、频率及功率 因 模型和控制策略正确性和有效性 ， 揭示 了风 电 素要求 的电源 ， 不计其阻抗 与损耗 。 ＤＩ ＦＧ数学模 型及定子磁链 矢量定 向控制的基 场并网运行 的动态特性。 定 子正方 向按发 电机惯例定 义 ， 转子方正 础 上 ， 导了 Ｄ Ｉ 推 ＦＧ定子有功 功率和无功功率 的解耦控制策略。 在各种风速下 ， 满足在任何转 ２双馈风 电机组 的控制策 略 方 向按 电动机惯例定义。 ２Ｉ最大风能捕获 ． 将 定子转 子上 的电压和磁通 转换到 同步 速下的并 网条件 ， 实现 了在超 同步和亚同步运 风电机组 以风作 为原动力 ， 风速直接决定 旋转坐标 ｄ ０坐标系上。 ｑ 行状态下的稳定运行 ， 通过仿真 ， 验证 了控制策 略 的正确性 ， 实现 了有功 、 功独立解耦控 制 ， 无 了风电机组 的动态特性 。风 电机组的输出功率 主要受三个 因素的影响 ： 风速 Ｖ ， 桨距 角 Ｂ和 研究 了 Ｄ Ｉ ＦＧ有 功 、 功 、 子电压 、 无 定 电流等 输 ＼ｈ Ｒ ∽ ＋ ｝ Ｕ ＝一 一 ｄ缸ｍ Ｉ 出量的响应特性 ，为风 电场联网的研究打下基 叶尖速 比 入。 根据贝兹定理 ， 风力机产生 的机械 功率 为 ： 础。 ＼ ｒ 一 ～ ｊ ｒ ｄ … Ｕ 一Ｒ 打 ｓ “ ＋ 中 ，｛ ｌ ｒ ｑ ｆ ｄ 作者简 介 ： 王春 玉（ ９ ３ ， ， 尔滨市 １７ ～） 男 哈